JP4814583B2 - 波面収差測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ等の被検光学系の波面収差を解析する波面収差測定装置に関する。

例えば顕微鏡の対物レンズ等の被検光学系の光学性能、ここでは透過性能を評価する手法としては、被検光学系にレーザ光などのコヒーレント光を透過させ、この被検光学系を透過した物体光と参照光とを干渉計により干渉させて互いに位相の異なる複数の干渉縞を生成し、これら干渉縞に基づいて被検光学系の波面収差を解析する方法が知られている。このような波面収差の測定方法としては、例えば特許文献１に記載されている。

複数の干渉縞の位相差は、使用するレーザ光源から出力されるレーザ光の波長を基準としている。使用するレーザ光源は、被検光学系を設計した波長のレーザ光を出力するもので、例えばＨｅ−Ｎｅレーザが最も一般的であり、その波長は６３３ｎｍである。
このようなレーザ光源の波長は固定されているので、干渉計を構成するビームスプリッタ及び参照ミラー等の各光学素子は、レーザ光源の波長に最適化されたコーティング等が施されている。又、被検光学系の波面収差を解析する干渉縞解析装置においても特定波長のレーザ光源を使用することを前提に解析プログラムが組み込まれている。
特開平１０−９６６７９号公報

このように干渉計は、被検光学系を設計した波長のレーザ光を用いて干渉縞を生成しており、被検光学系を最適設計した波長としては、紫外線（ＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）の波長領域、具体的には波長３００ｎｍ〜１５００ｎｍの領域となっている。従って、上記波長６３３ｎｍ以外の波長で最適設計された高精度なレンズ等の被検光学系を評価する場合には、当該被検光学系を設計した波長で波面収差を評価することが要求される。

特に近年、レーザ光源は、例えば深紫外線（ＤＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）の波長、具体的には、波長２００ｎｍ〜１５００ｎｍのレーザ光を出力するものが比較的入手し易い価格で供給されている。これにより、ＤＵＶからＮＩＲの波長領域内のある波長に最適設計された高精度な対物レンズ等の被検光学系が増加傾向にある。このような背景からＤＵＶからＮＩＲの波長に最適設計された被検光学系に対する透過波面収差の評価の要求が次第に大きくなってきている。

このような状況下において、各波長の各被検光学系に対する各透過波面収差の各評価をそれぞれ行うには、上記の通り干渉計を構成するビームスプリッタ及び参照ミラー等の各光学素子がレーザ光源の波長に最適化されたコーティング等が施されていたり、干渉縞解析装置も特定波長のレーザ光源を使用することを前提とした解析プログラムを組み込んでいるために、当該各被検光学系の波長に応じた専用の各干渉計を用いなければならない。

ところが、干渉計は、１つ波長例えば上記波長６３３ｎｍ専用のものでも非常に高価であり、ＤＵＶからＮＩＲの波長領域内における各波長の各種被検光学系に対する各透過波面収差の評価を行うには、これら波長毎に非常に高価な複数台の干渉計を準備する必要がある。このため、各波長毎の各干渉計を準備するには、多大な費用及び時間も要し、透過波面収差の評価を行うに当たっての効率が悪い。

本発明は、コヒーレント光を干渉計に入射し、干渉計においてコヒーレント光を被検光学系を介して被検光学系の光学性能を反映した干渉縞を生成し、干渉縞に基づいて被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、第１の波長の前記コヒーレント光をファイバにより伝送させて干渉計に入射させる第１の照明系と、第１の波長とは異なる第２の波長のコヒーレント光を空中間に伝送させて干渉計に入射させる第２の照明系とを具備し、第２の照明系は、深紫外領域の波長のコヒーレント光を出力する光源と、光源から出力されたコヒーレント光の光軸の角度及び位置を調整する調整光学系とを有する波面収差測定装置である。

本発明は、１台の干渉計を用いてＤＵＶを含む各波長の被検光学系の波面収差の解析ができる波面収差測定装置を提供できる。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は多波長透過波面収差解析装置の構成図である。照明系１は、任意の波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…、ｎ）を選択可能なレーザ光を出力する。このレーザ光の波長λｉは、深紫外線（ＤＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）の波長、例えば波長２００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長領域内における任意の波長である。この照明系１から出力されるレーザ光の波長λｉは、手動又は後述する波面収差解析装置２の切り換え制御により自動で行なわれる。この照明系１から出力されたレーザ光は、トワイマン・グリーン干渉計（以下、干渉計と省略する）３に導かれる。

図２は照明系１の一例を示す構成図を示す。この照明系１は、第１の照明系としての光ファイバ照明系４と、第２の照明系としての直接入射照明系５と、これら光ファイバ照明系４又は直接入射照明系５からの各レーザ光を切り替えて干渉計３に入射させる照明切替部６とを有する。
光ファイバ照明系４は、複数の波長のレーザ光のうちＵＶからＮＩＲの波長領域、具体的には第１の波長として波長３００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長領域中の複数の波長λ_１、λ_２、…、λｎ−１の各レーザ光をシングルモードの各光ファイバ（以下、シングルモードファイバと称する：ＳＭＦ）Ｆ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１により伝送させて干渉計３に入射させる。

具体的に光ファイバ照明系４には、複数の第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１が備えられている。これら第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１は、それぞれＵＶからＮＩＲの波長領域の各波長の各レーザ光を出力する。例えば、これら第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１から出力される各レーザ光の各波長は、ＵＶからＮＩＲの波長領域として例えば可視光線の波長領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ付近）と、赤外線の波長領域（７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）との波長領域内である。
これら第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１の各レーザ出射端には、それぞれ各シングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１の一端が接続されている。これらシングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１の他端は、それぞれ波長切替えユニット７に接続されている。

この波長切替えユニット７は、例えば切替え盤８と、この切替え盤８を回転させる回転駆動部としてのモータ９とを有する。切替え盤８には、同一円周上に複数のレーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１が取り付けられている。これらレーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１は、切替え盤８に対して取り付け、取り外し可能である。切替え盤８は、モータ９の駆動によって例えば矢印ａ方向に回転し、各レーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１のうちいずれか１つを所定の位置、すなわち第１の照明筒１０の対向位置に位置決して停止する。

第１の照明筒１０は、各レーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１のうちいずれか１つから出射されたレーザ光を照明切替部６に導く。この第１の照明筒１０内には、コリメータレンズ１１が設けられている。
このコリメータレンズ１１は、各レーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１のうちいずれか１つから出射されたレーザ光を平行光にコリメートする。このコリメータレンズ１１は、可視光線の波長領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ付近）と、赤外線の波長領域（７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）とに対して作用させるために単レンズを使用し、各レーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１から出射されるレーザ光の取り込み開口数（ＮＡ）を小さくしている。これにより、コリメータレンズ１１は、各波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…、ｎ−１）の各レーザ光を略無収差の平行光に整形できる。

なお、コリメータレンズ１１として単レンズを使用した場合、当該コリメータレンズ１１の焦点距離が波長λｉによって変化する。これに対処するために、切替え盤８に取り付けられている各レーザ出射コネクタＣ_１、Ｃ_２、…、Ｃｎ−１の各出射端は、当該各波長λｉに応じた異なる各位置に予め固定されている。又、コリメータレンズ１１は、各波長λｉによる透過率の差を生じにくい石英により作製するのがよい。

直接入射照明系５は、可視光線の波長領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ付近）と、赤外線の波長領域（７００ｎｍ〜１５００ｎｍ）と異なる第２の波長、例えば波長２００ｎｍ〜３００ｎｍの深紫外線（ＤＵＶ）の波長λｎのレーザ光を空間中に伝送させて干渉計３に入射させる。
具体的に直接入射照明系５には、例えば１台の第２のレーザ光源Ｌｎが備えられている。この第２のレーザ光源ＬｎはＤＵＶの波長領域の波長λｎのレーザ光を出力する。例えば、この第２のレーザ光源Ｌｎから出力されるレーザ光の波長λｎは、ＤＵＶの波長領域（例えば波長２００ｎｍ〜３００ｎｍ）内である。

この第２のレーザ光源Ｌｎから出力されるレーザ光の光路上には、調整光学系としてのビームステアラー１２が設けられている。なお、この第２のレーザ光源Ｌｎ及びビームステアラー１２は、除振台１３上に設置されている。この除振台１３は、外部からの振動が第２のレーザ光源Ｌｎに伝達されるのを防止すると共に、第２のレーザ光源Ｌｎを水平方向に設置する。
ビームステアラー１２は、第２のレーザ光源Ｌｎから出力されたレーザ光を当該ビームステアラー１２から出射する角度及び位置を調整する。すなわち、ビームステアラー１２は、第１のミラー１３と第２のミラー１４とを有する。第１のミラー１３は、第２のレーザ光源Ｌｎから水平方向に出力されたレーザ光を上方に向けて垂直方向に反射する。この第１のミラー１３は、例えばｚ方向（矢印ｂ_１方向）に移動可能である。第２のミラー１４は、第１のミラー１３で反射されたレーザ光を水平方向に反射する。第２のミラー１４の反射光路上には、第２の照明筒１５が設けられているので、第１のミラー１３で反射したレーザ光は、第２の照明筒１５内に入射する。この第２のミラー１４は、例えばｚ方向（矢印ｂ_２方向）に移動可能である。

ここで、ビームステアラー１２から出射されるレーザ光の角度及び位置調整について説明する。第２のレーザ光源Ｌｎから出力されるレーザ光の出力方向が例えばｘ方向であれば、第１のミラー１３は、レーザ光をｚ方向に反射し、第２のミラー１４は、レーザ光をｘ方向に反射する。しかるに、第１のミラー１３が矢印ｂ_１方向に移動すると、第２のミラー１４に入射するレーザ光の位置は、ｘ方向（矢印ｅ_１方向）に移動する。第２のミラー１４が矢印ｂ_２方向に移動すると、第２の照明筒１５に入射するレーザ光の位置は、ｚ方向（矢印ｅ_２方向）に移動する。従って、第１のミラー１３が矢印ｂ_１方向に移動し、第２のミラー１４が矢印ｂ_２方向に移動すると、第２の照明筒１５に入射するレーザ光の位置は、ｘｚ方向に移動する。これにより、第１のミラー１３と第２のミラー１４とを移動させることによって第２の照明筒１５に入射するレーザ光の角度及び位置が調整できる。

第２の照明筒１５内には、集光レンズ１６と、ピンホール１７と、コリメータレンズ１８とが第２のミラー１４で反射されたレーザ光の光路上に設けられている。集光レンズ１６は、第２のミラー１４で反射されたレーザ光を集光する。ピンホール１７は、集光レンズ１６の集光点に設けられている。このピンホール１７は、レーザ光のスペーシャルフィルタとして作用する。コリメータレンズ１８は、ピンホール１７を通過したレーザ光をコリメートして平行光に変換する。

第１の照明筒１０と第２の照明筒１５との各レーザ出射口は、それぞれ照明切替部６に設けられている。この照明切替部６内には、照明光路切替ミラー１９が矢印ｆ方向、例えば第１の照明筒１０内のコリメータレンズ１１から出射されるレーザ光の光軸方向と同一方向に移動可能に設けられ、第２の照明筒１５内のコリメータレンズ１８から出射されるレーザ光の光軸上、又はこの光軸上から外れた位置のいずれか一方に切り替え配置される。この照明光路切替ミラー１９の切り替え動作は、波面収差解析装置２から発せられる切り替え指令、又はオペレータによる手動により行われる。なお、照明光路切替ミラー１９の切り替えを波面収差解析装置２からの切り替え指令により行う場合は、照明光路切替ミラー１９を矢印ｆ方向に移動させる切替機構を設ける。

従って、この照明光路切替ミラー１９は、コリメータレンズ１８から出射されるレーザ光の光軸上に配置されると、第１の照明筒１０内のコリメータレンズ１１から出射されるＵＶからＮＩＲの波長領域である波長λｉ（ｉ＝１，２，３，…、ｎ−１）のレーザ光を干渉計３に導入し、コリメータレンズ１８から出射されるレーザ光の光軸上から外れた位置に配置されると、第２の照明筒１５内のコリメータレンズ１８から出射されるＤＵＶの波長領域である波長λｎのレーザ光を干渉計３に導入する。

図１において架台２０は、コ字形状に形成され、ベース２１と支持部２２とアーム２３とを一体的に形成する。アーム２３の上面には、ビームスプリッタ２４が設けられている。又、アーム２３の下面には、例えば顕微鏡の対物レンズ等の被検光学系２５が設けられている。この被検光学系２５は、ビームスプリッタ２４により下方に反射する測定光Ｈの光軸に一致して設けられている。

架台２０のベース２１上には、ＸＹＺステージ２６が設けられている。このＸＹＺステージ２６上には、凹面形状の球面ミラー２７が設けられている。この球面ミラー２７は、当該球面ミラー２７の曲率中心Ｃと被検光学系２５の焦点位置Ｓとが一致している。これら球面ミラー２７の曲率中心Ｃと被検光学系２５の焦点位置Ｓとは、ＸＹＺステージ２６の駆動により球面ミラー２７をＸＹＺ方向に移動することによりアライメント調整される。
この球面ミラー２７は、その鏡面をＳｉにより形成されるのが好適である。通常、フィゾー型干渉計等では、ガラス製の球面ミラーを用いるのが一般的である。ガラスの反射率が約４％程度であるのに対し、Ｓｉの反射率は高く、例えば可視領域では４０％程度である。又、後述するようにビームスプリッタ２４は、平行平面板を用いてその第２面２４ｂに減反射コート（ＡＲコート）を施すが、このＡＲコートを広帯域にした場合、その反射率は約０．５％となるのが現実的である。ここで、球面ミラー２７を反射率の高いＳｉにより形成することにより、球面ミラー２７から反射した光に対するビームスプリッタ２４の第２面２４ｂから反射される不要な光の光量を相対的に減少することができる。

ビームスプリッタ２４の透過光路上には、平面状の参照ミラー２８が設けられている。この参照ミラー２８は、球面ミラー２７をＳｉにより形成した場合、全ての波長λｉに対して最良のコントラストを得るためにＳｉによって形成することが望ましい。しかし、反射率が高くかつ広い波長領域に渡ってフラットな反射率を持つものであれば、例えばアルミニウムの蒸着により作製した蒸着ミラー等であってもよい。
この参照ミラー２８は、圧電素子（ＰＺＴ）２９を用いたステージに設けられている。この参照ミラー２８は、圧電素子２９の駆動によりビームスプリッタ２４を透過する参照光Ｒの進行方向と同一方向にステップ移動する。このように参照ミラー２８をステップ移動させるのは、位相の異なる干渉縞画像データを複数枚取り込み、これら干渉縞画像データの波面収差の解析を行うという位相シフト法を実現するためである。

ビームスプリッタ２４の上方への反射光路上には、リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２と、ＣＣＤ撮像装置３０が設けられている。なお、これら各レンズＬ_１、Ｌ_２及びＣＣＤ撮像装置３０により干渉縞の撮像系３１を構成する。このＣＣＤ撮像装置３０は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する干渉縞を撮像し、その画像信号を出力する。このＣＣＤ撮像装置３０は、例えばＤＵＶの波長領域に対して感度の高いもの、ＵＶの波長領域に対して感度の高いもの、ＮＩＲの波長領域に対して感度の高いものなどが用いられる。使用する波長λｉに合った感度を有するＣＣＤ撮像装置３０を用いれば、ＳＮ比のよい干渉縞画像を波面収差解析装置２で得ることが可能になる。

ここで、ＣＣＤ撮像装置３０は、被検光学系２５の瞳位置と共役関係の位置に設けられている。リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２は、ＣＣＤ撮像装置３０を被検光学系２５の瞳位置と共役関係の位置に設けることを実現する一例である。レンズＬ_１の焦点位置は、被検光学系２５の瞳位置にある。レンズＬ_２の焦点位置は、ＣＣＤ撮像装置３０の撮像面３０ａ上にある。
ビームスプリッタ２４は、照明系１から出力されたレーザ光を測定光Ｈと参照光Ｒとに分岐し、被検光学系２５を透過して球面ミラー２７に入射し、この球面ミラー２７で反射して再び被検光学系２５を透過して戻ってきた測定光Ｈと、参照ミラー２８で反射して戻ってきた参照光Ｒとを上方に反射する。

通常、干渉計では、図３（ａ）に示すように第２面３２ｂからの不要な反射光がＣＣＤ撮像装置３０に入射するのを防止するために、楔板３２を用いることが多い。しかしながら、楔板３２は、波長λｉにより屈折率が異なるため、球面ミラー２７で反射して被検光学系２５を透過してＣＣＤ撮像装置３０に入射する光の光軸Ｚの傾きが波長λｉによって変化する。このため、撮像系３１の傾きを波長λｉ毎に変える必要がある。これは機構的に非常に複雑で、その操作も煩雑になるため、図３（ｂ）に示すように平行平面板のビームスプリッタ２４が用いられる。

平行平面板のビームスプリッタ２４では、レーザ光が入射する第１面２４ａに広帯域の光分割コートを施し、第１面２４ａと反対の第２面２４ｂに不要な光の反射を防止する広帯域の減反射コート（ＡＲコート）を施すことが好ましい。なお、第１面２４ａの光分割コートは、光の分割比を５０％：５０％に設定する。ビームスプリッタ２４を複数の波長λｉに対して用いるときは、例えば、複数のビームスプリッタ２４を用意し、これらビームスプリッタ２４にそれぞれＤＵＶからＮＩＲの波長領域として例えば各波長帯域２００〜３５０ｎｍ、３５０〜５００ｎｍ、５００〜７００ｎｍ、７００〜１５００ｎｍなどの各広帯域コートを施したものを作製する。そして、使用する波長λｉに合った波長帯域の広帯域コートを施したビームスプリッタ２４を交換、或いは図示しない切替機構により選択して切り替える方式を採用してもよい。

ＣＣＤ撮像装置３０も同様に、例えばＤＵＶからＮＩＲの波長領域として例えば各波長帯域２００〜３５０ｎｍ、３５０〜５００ｎｍ、５００〜７００ｎｍ、７００〜１５００ｎｍの各波長領域別に感度の高いものを複数用意し、波長λｉに応じて交換するようにしてもよい。以上の各波長帯域は、これに限らず、装置の仕様や条件に応じて適宜設定すればよい。

波面収差解析装置２は、例えばパーソナルコンピュータによりなり、波面収差解析のプログラムが保存されている。この波面収差解析装置２は、波面収差解析のプログラムを実行することにより、ＣＣＤ撮像装置３０から出力された画像信号を取り込んで干渉縞の画像データとして取り込み、この干渉縞の画像データと照明系１から出力されたＤＵＶからＮＩＲの波長領域のレーザ光の波長λｉとに基づいて被検光学系２５の波面収差を解析し、この解析結果を保存する。

又、波面収差解析装置２は、照明系１から出力可能なＤＵＶからＮＩＲの波長領域のレーザ光の複数の波長λｉに対応する参照ミラー２８の複数のステップ移動量を記憶又は演算し、オペレータによって使用する波長λｉが手動により指示入力される。波面収差解析装置２は、当該波長λｉのレーザ光の出力指令を照明系１に発すると共に、当該波長λｉに対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発する。なお、照明系１から出力されるレーザ光の波長λｉがオペレータの手動により切り換えられた場合、波面収差解析装置２は、照明系１で切り換えられたレーザ光の波長λｉを読み取り、当該波長λｉに対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発する。

又、波面収差解析装置２は、ＤＵＶからＮＩＲの波長領域におけるそれぞれ異なる複数の波長λｉの各レーザ光を被検光学系２５に透過させて生成される複数の干渉縞に基づいて波長λｉ毎の被検光学系２５の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
各波長λ_１、λ_２、…、λｎ−１のうちＵＶからＮＩＲの波長領域内の波長、例えば波長λ_１に最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、当該被検光学系２５が架台２０のアーム２３の下面に設けられる。このとき、ＸＹＺステージ２６の駆動により球面ミラー２７をＸＹＺ方向に移動し、球面ミラー２７の曲率中心Ｃと被検光学系２５の焦点位置Ｓとが一致するようにアライメント調整される。

照明系１においては、図２に示すように波長切替えユニット７の切り替え動作によってレーザ出射コネクタＣ_１が第１の照明筒１０の対向位置に位置決めされる。このレーザ出射コネクタＣ_１への切り替えは、波面収差解析装置２から発せられる切り替え指令によってモータ９を駆動し、波長切替えユニット７の切替え盤８を回転させて行ってもよいし、又はオペレータの手動によって波長切替えユニット７の切替え盤８を回転させて行ってもよい。なお、波面収差解析装置２は、オペレータにより波長λ_１に最適設計された被検光学系２５への切替操作が行われたことを検出して切り替え指令を発する。

照明系１においては、図２に示すように波面収差解析装置２は、照明光路切替ミラー１９の切り替え指令を照明切替部６に発する。これにより、照明切替部６は、図示しない切替機構によって照明光路切替ミラー１９を矢印ｆ方向に移動させ、コリメータレンズ１８から出射されるレーザ光の光軸上に配置する（図２において実線により示す照明光路切替ミラー１９の位置）。
これと共に、波面収差解析装置２は、オペレータにより波長λ_１のレーザ光の出力指示の操作が行われると、当該波長λ_１に対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発する。なお、波面収差解析装置２は、照明系１から出力されるレーザ光の波長λ_１がオペレータの手動により切り換えられたとき、照明系１で切り換えられたレーザ光の波長λｉを自動的に読み取り、当該波長λ_１に対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発してもよい。

これにより、第１のレーザ光源Ｌ_１は、波長λ_１のレーザ光を出力する。この波長λ_１のレーザ光は、シングルモードファイバＬ_１内を通してレーザ出射コネクタＣ_１に至り、このレーザ出射コネクタＣ_１から第１の照明筒１０内に出射され、コリメータレンズ１１により平行光に変換される。この平行光に変換された波長λ_１のレーザ光は、照明光路切替ミラー１９により反射し、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。

このビームスプリッタ２４は、入射したレーザ光を測定光Ｈと参照光Ｒとに分岐する。このうち測定光Ｈは、被検光学系２５を透過して球面ミラー２７に入射し、この球面ミラー２７で上方に反射し、再び被検光学系２５を透過してビームスプリッタ２４に入射する。参照光Ｒは、参照ミラー２８で反射して再びビームスプリッタ２４に入射する。
そして、測定光Ｈは、ビームスプリッタ２４を透過し、撮像系３１の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置３０に入射し、これと共に参照光Ｒは、ビームスプリッタ２４で上方に反射し、測定光Ｈと同様に撮像系３１の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置３０に入射する。これにより、測定光Ｈと参照光Ｒとによる干渉縞が生じ、この干渉縞がＣＣＤ撮像装置３０の撮像面３０ａ上に結像される。

この状態で、波面収差解析装置２からの参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令が圧電素子２９に与えられると、この参照ミラー２８は、圧電素子２９の駆動により参照光Ｒの進行方向と同一方向にステップ移動する。例えば９０°位相の異なる４枚の干渉縞画像データを取得する場合、参照ミラー２８は、波長λ_１の８分の１のステップ量で５ステップ移動する。このステップ移動量は、波長λ_１の２分の１のステップ量に相当する。このように参照ミラー２８がステップ移動する毎に、ＣＣＤ撮像装置３０は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する各干渉縞を撮像し、その各画像信号を出力する。

波面収差解析装置２は、ＣＣＤ撮像装置３０から出力された各画像信号を取り込み、例えば９０°位相の異なる４枚の干渉縞画像データを保存する。このとき、ＣＣＤ撮像装置３０は、リレー光学系を構成する各レンズＬ_１、Ｌ_２を介して被検光学系２５の瞳位置と共役関係の位置に設けられているので、被検光学系２５の瞳の輪郭がＣＣＤ撮像装置３０の撮像面３０ａ上に明確に投影され、被検光学系２５の瞳の輪郭境界まで正確に波面収差の評価が可能になる。
又、波面収差解析装置２は、ＵＶからＮＩＲの波長領域におけるそれぞれ異なる複数の波長λｉの各レーザ光を被検光学系２５に透過させて生成される複数の干渉縞に基づいて波長λｉ毎の被検光学系２５の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

一方、ＤＵＶの波長領域内の波長λｎに最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、当該被検光学系２５が架台２０のアーム２３の下面に設けられる。このとき、ＸＹＺステージ２６の駆動により球面ミラー２７をＸＹＺ方向に移動し、球面ミラー２７の曲率中心Ｃと被検光学系２５の焦点位置Ｓとが一致するようにアライメント調整される。

又、波面収差解析装置２は、照明光路切替ミラー１９の切り替え指令を照明切替部６に発する。これにより、照明切替部６は、図示しない切替機構によって照明光路切替ミラー１９を矢印ｆ方向に移動させ、コリメータレンズ１８から出射されるレーザ光の光軸上から外れた位置に配置する（図２において破線により示す照明光路切替ミラー１９の位置）。

これと共に、波面収差解析装置２は、オペレータにより波長λｎのレーザ光の出力指示の操作が行われると、当該波長λｎに対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発する。なお、上記同様に、波面収差解析装置２は、照明系１から出力されるレーザ光の波長λｎがオペレータの手動により切り換えられたとき、照明系１で切り換えられたレーザ光の波長λｎを自動的に読み取り、当該波長λｎに対応する参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に発する。

これにより、第２のレーザ光源Ｌｎは、ＤＵＶの波長領域内の波長λｎのレーザ光を出力する。この波長λｎのレーザ光は、ビームステアラー１２内の空間中を伝播し、第１のミラー１３で反射し、さらに第２のミラー１４で反射して第２の照明筒１５内に入射する。この第２の照明筒１５内に入射した波長λｎのレーザ光は、集光レンズ１６により集光されてピンホール１７に入射する。

ここで、第１のミラー１３は矢印ｂ_１方向に移動し、第２のミラー１４は矢印ｂ_２方向に移動されることにより、第２の照明筒１５に入射するレーザ光の角度及び位置が調整され、この調整によって波長λｎのレーザ光の集光位置がピンホール１７の位置に調整される。このピンホール１７を通過した波長λｎのレーザ光は、コリメータレンズ１８によりコリメートされて平行光に変換され、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。
このビームスプリッタ２４は、上記同様に、入射したレーザ光を測定光Ｈと参照光Ｒとに分岐する。このうち測定光Ｈは、被検光学系２５を透過して球面ミラー２７に入射し、この球面ミラー２７で上方に反射し、再び被検光学系２５を透過してビームスプリッタ２４に入射する。参照光Ｒは、参照ミラー２８で反射して再びビームスプリッタ２４に入射する。そして、測定光Ｈは、ビームスプリッタ２４を透過し、撮像系３１の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置３０に入射し、これと共に参照光Ｒは、ビームスプリッタ２４で上方に反射し、測定光Ｈと同様に撮像系３１の各レンズＬ_１、Ｌ_２を通してＣＣＤ撮像装置３０に入射するので、測定光Ｈと参照光Ｒとによる干渉縞が生じ、この干渉縞がＣＣＤ撮像装置３０の撮像面３０ａ上に結像される。

この状態で、波面収差解析装置２は、上記同様に、参照ミラー２８のステップ移動量の駆動指令を圧電素子２９に与えるので、参照ミラー２８は、圧電素子２９の駆動により参照光Ｒの進行方向と同一方向にステップ移動する。この参照ミラー２８がステップ移動する毎に、ＣＣＤ撮像装置３０は、各レンズＬ_１、Ｌ_２により入射する各干渉縞を撮像し、その各画像信号を出力する。波面収差解析装置２は、ＣＣＤ撮像装置３０から出力された各画像信号を取り込み、例えば各位相毎の各干渉縞画像データを保存する。従って、波面収差解析装置２は、ＤＵＶの波長領域内の波長λｎに最適設計された被検光学系２５の瞳の輪郭がＣＣＤ撮像装置３０の撮像面３０ａ上に明確に投影され、被検光学系２５の瞳の輪郭境界まで正確に波面収差の評価が可能になる。

又、波面収差解析装置２は、ＤＵＶの波長領域におけるそれぞれ異なる複数の波長λｉの各レーザ光を被検光学系２５に透過させて生成される複数の干渉縞に基づいて波長λｉ毎の被検光学系２５の各波面収差を求め、これら波面収差の差分に基づいて縦の色収差、横の色収差を求める。

このように上記第１の実施の形態によれば、ＵＶからＮＩＲの各波長λ_１、λ_２、…、λｎ−１の各レーザ光を各シングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１により伝送させて干渉計３に入射させる光ファイバ照明系４と、ＤＵＶの波長λｎのレーザ光を空間中に伝送させて干渉計３に入射させる直接入射照明系５とを設け、これら光ファイバ照明系４からのレーザ光と直接入射照明系５からのレーザ光とを照明切替部６により切り替えて干渉計３に導入するので、１台の干渉計３を用いてＤＵＶを含む各波長の被検光学系２５の波面収差の解析びその評価ができる。

光ファイバ照明系４と直接入射照明系５とに分けた理由は、次の通りである。各シングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１は、比較的容易に入手可能であり、これらシングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１から出射された各レーザは、理想的な点光源として振舞うものとして扱える。これにより、各シングルモードファイバＦ_１、Ｆ_２、…、Ｆｎ−１の各レーザ出射コネクタＣ_１，Ｃ_２，…，Ｃｎ−１を波長切替えユニット７によって切り替えることにより、迅速にＵＶからＮＩＲの波長領域内の各波長λ_１、λ_２、…、λｎ−１の各レーザ光に切り替えることができ、当該ＵＶからＮＩＲの波長領域の各被検光学系２５の波面収差の解析及びその評価を効率的に行うことができる。

一方、ＤＵＶの波長領域になると、当該波長領域では、シングルモードファイバを使用することができない。正確に言えば、ＤＵＶの波長領域のシングルモードファイバを作製しても、このシングルモードファイバにＤＵＶの波長のレーザ光を伝送させると、当該シングルモードファイバの透過率が直ぐに低下してしまうため、実質的に使用不可能である。従って、ＤＵＶの波長領域のレーザ光を干渉計３に導くのに、ＤＵＶの波長λｎのレーザ光を空間中に伝送させる直接入射照明系５を用いている。

しかるに、ＤＵＶからＮＩＲの波長領域内の各波長λｉに最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析及びその評価が１台の干渉計３により行うことができ、各波長毎にそれぞれ高価な各干渉計を準備する必要は無く、経済的であり、かつ短い時間で透過波面収差の解析・評価ができ、効率的に透過波面収差の評価ができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図４は多波長透過波面収差解析装置における照明系１の別の例の構成図を示す。この装置では、上記第１の実施の形態における各コリメータレンズ１１、１８を１つのコリメータレンズ４０に置き換えている。コリメータレンズ４０は、ＵＶからＮＩＲの波長領域のレーザ光を干渉計３に導く場合に配置された照明光路切替ミラー１９と干渉計３のビームスプリッタ２４との間の光軸上に設けられている。

このような構成であれば、ＵＶからＮＩＲの波長領域内の波長、例えば波長λ_１に最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、波面収差解析装置２は、照明光路切替ミラー１９の切り替え指令を照明切替部６に発し、照明光路切替ミラー１９を図２において実線により示す照明光路切替ミラー１９の位置に配置する。
第１のレーザ光源Ｌ_１から出力された波長λ_１のレーザ光は、シングルモードファイバＬ_１内を通してレーザ出射コネクタＣ_１に至り、このレーザ出射コネクタＣ_１から第１の照明筒１０内に出射され、さらに照明光路切替ミラー１９で反射し、コリメータレンズ４０により平行光に変換される。この平行光に変換された波長λ_１のレーザ光は、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。

一方、ＤＵＶの波長領域内の波長、例えば波長λｎに最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、波面収差解析装置２は、照明光路切替ミラー１９の切り替え指令を照明切替部６に発し、照明光路切替ミラー１９を図２において破線により示す照明光路切替ミラー１９の位置に配置する。
第２のレーザ光源Ｌｎから出力された波長λｎのレーザ光は、ビームステアラー１２内の空間中を伝播し、第１のミラー１３で反射し、さらに第２のミラー１４で反射して第２の照明筒１５内に入射し、この第２の照明筒１５内の集光レンズ１６により集光されてピンホール１７に入射する。このピンホール１７を通過した波長λｎのレーザ光は、コリメータレンズ４０によりコリメートされて平行光に変換され、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。
なお、波面収差解析装置２による被検光学系２５の波面収差の解析及びその評価、さらに縦の色収差、横の色収差の測定は、上記第１の実施の形態と同様なのでその説明は省略する。

このように光ファイバ照明系４と直接入射照明系５との各レーザ光を平行光に変換して干渉計３に導くコリメータレンズ４０を共有化しても、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１及び図２と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図５は多波長透過波面収差解析装置における照明系１の別の例の構成図を示す。各第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１の各レーザ出射端には、それぞれ各シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１が設けられている。これらシャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１は、例えば制御部の機能を有する波面収差解析装置２から発せられるシャッタ制御信号により開閉制御される。

第２のレーザ光源Ｌｎは、例えば波面収差解析装置２から発せられるレーザオン・オフ制御信号によりレーザ光の出力とその停止との制御が行われる。
又、ハーフミラー４１が照明光路切替ミラー１９に代わって固定して設けられている。

このような構成であれば、ＵＶからＮＩＲの波長領域内の波長、例えば波長λ_１に最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、波面収差解析装置２は、第２のレーザ光源Ｌｎに対してレーザオフ制御信号を発する。これにより、第２のレーザ光源Ｌｎは、レーザ光の出力を停止する。

これと共に、波面収差解析装置２は、シャッタＳ_１を開放し、他のシャッタＳ_２、…、Ｓｎ−１を閉じるシャッタ制御信号を各シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１に発する。これにより、シャッタＳ_１は開放し、他のシャッタＳ_２、…、Ｓｎ−１は閉じる。
しかるに、第１のレーザ光源Ｌ_１から出力された波長λ_１のレーザ光は、シャッタＳ_１を通過し、シングルモードファイバＬ_１内を通してレーザ出射コネクタＣ_１に至り、このレーザ出射コネクタＣ_１から第１の照明筒１０内に出射され、さらにハーフミラー４１で反射し、コリメータレンズ４０により平行光に変換される。この平行光に変換された波長λ_１のレーザ光は、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。

一方、ＤＵＶの波長領域内の波長、例えば波長λｎに最適設計された被検光学系２５の波面収差の解析を行う場合、波面収差解析装置２は、第２のレーザ光源Ｌｎに対してレーザオン制御信号を発する。これにより、第２のレーザ光源Ｌｎは、レーザ光を出力する。

これと共に、波面収差解析装置２は、全シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１を閉じるシャッタ制御信号を各シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１に発する。これにより、全シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１は閉じる。
しかるに、第２のレーザ光源Ｌｎから出力された波長λｎのレーザ光は、ビームステアラー１２内の空間中を伝播し、第１のミラー１３で反射し、さらに第２のミラー１４で反射して第２の照明筒１５内に入射し、この第２の照明筒１５内の集光レンズ１６により集光されてピンホール１７に入射する。このピンホール１７を通過した波長λｎのレーザ光は、ハーフミラー４１を透過し、コリメータレンズ４０によりコリメートされて平行光に変換され、干渉計３のビームスプリッタ２４に入射する。
なお、波面収差解析装置２による被検光学系２５の波面収差の解析及びその評価、さらに縦の色収差、横の色収差の測定は、上記第１の実施の形態と同様なのでその説明は省略する。

このように上記第３の実施の形態によれば、各第１のレーザ光源Ｌ_１、Ｌ_２、…、Ｌｎ−１の各レーザ出射端に設けた各シャッタＳ_１、Ｓ_２、…、Ｓｎ−１を開閉制御し、第２のレーザ光源Ｌｎからのレーザ光の出力とその停止とを制御し、かつハーフミラー４１を固定して設けたので、上記第１及び第２の実施の形態のように照明光路切替ミラー１９を切替動作させることなく、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、上記第１乃至第３の実施の形態のように、１台の波面収差測定装置で複数の波長λｉに対応するにはトワイマン・グリーン干渉計４を用いることが望ましい。トワイマン・グリーン干渉計４では、可干渉距離が問われずに測定が可能であるため、可干渉距離の小さいレーザ光、例えば半導体レーザ等の比較的安価な光源を使用でき、費用的にも有利となる。

しかし、レーザ光の波長によって可干渉距離が高いレーザ光を用いても構わない場合には、フィゾー型干渉計で本発明の波面収差測定装置を構成してもよい。
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形してもよい。
上記各実施の形態では、直接入射照明系５の第２のレーザ光源Ｌｎを１台として説明しているが、複数台備えてもよい。
上記各実施の形態では、レンズで構成された透過型の対物レンズの波面収差（透過は面収差）を測定する場合についてのみ説明した。しかし、反射型の素子（ミラー）とレンズとを複合した対物レンズ（被検光学系）や反射素子のみで構成された対物レンズ（被検光学系）の波面収差を測定する場合にも、当然のことながら本発明が有効であることは明らかである。被検光学系は、如何なる素子で構成されていてもよい。

本発明に係る波面収差測定装置の第１の実施の形態を示す構成図。 同装置における照明系の一例を示す構成図。 同装置における平行平面板のビームスプリッタを説明するための図。 本発明に係る波面収差測定装置の第２の実施の形態を示す構成図。 本発明に係る波面収差測定装置の第３の実施の形態を示す構成図。

符号の説明

１：照明系、２：波面収差解析装置、３：干渉計（トワイマン・グリーン干渉計）、４：光ファイバ照明系、５：直接入射照明系、６：照明切替部、Ｆ_１，Ｆ_２，…，Ｆｎ−１：光ファイバ（シングルモードファイバ）、Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌｎ−１，Ｌｎ：レーザ光源、７：波長切替えユニット、８：切替え盤、９：モータ、Ｃ_１，Ｃ_２，…，Ｃｎ−１：レーザ出射コネクタ、１０：第１の照明筒、１１：コリメータレンズ、１２：ビームステアラー、１３：除振台、１３：第１のミラー、１４：第２のミラー、１５：第２の照明筒、１６：集光レンズ、１７：ピンホール、１８：コリメータレンズ、１９：照明光路切替ミラー、２０：架台、２１：ベース、２２：支持部、２３：アーム、２４：ビームスプリッタ、２５：被検光学系、２６：ＸＹＺステージ、２７：球面ミラー、２４ａ：第１面、２４ｂ：第２面、２８：参照ミラー、２９：圧電素子、３０：ＣＣＤ撮像装置、Ｌ_１、，Ｌ_２：レンズ、３１：撮像系、３０ａ：撮像面、３２：楔板、４０：コリメータレンズ、Ｓ_１，Ｓ_２，…，Ｓｎ−１：シャッタ、４１：ハーフミラー。

Claims (8)

1. コヒーレント光を干渉計に入射し、前記干渉計において前記コヒーレント光を被検光学系を介して前記被検光学系の光学性能を反映した干渉縞を生成し、前記干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、
   第１の波長の前記コヒーレント光をファイバにより伝送させて前記干渉計に入射させる第１の照明系と、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長の前記コヒーレント光を空中間に伝送させて前記干渉計に入射させる第２の照明系と、
   を具備し、
   前記第２の照明系は、深紫外領域の波長の前記コヒーレント光を出力する光源と、
   前記光源から出力された前記コヒーレント光の光軸の角度及び位置を調整する調整光学系と、
   を有することを特徴とする波面収差測定装置。
2. 前記第１の照明系は、紫外領域乃至赤外領域における任意の波長の前記コヒーレント光を出力することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
3. 前記第１の照明系は、前記紫外領域乃至前記赤外領域においてそれぞれ異なる波長の前記コヒーレント光を出力する少なくとも１つの光源を有することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
4. 前記第１の照明系からの前記コヒーレント光又は前記第２の照明系からの前記コヒーレント光のいずれか一方に切り替えて前記干渉計に入射させる照明切替部を備えたことを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
5. 前記第２の照明系は、前記深紫外領域の波長の前記コヒーレント光を出力することを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
6. 前記照明切替部は、反射部材を挿脱することによって前記第１の照明系からの前記コヒーレント光又は前記第２の照明系からの前記コヒーレント光を前記干渉計に入射させることを特徴とする請求項４記載の波面収差測定装置。
7. 前記第２の照明系は、除振台上に設置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の波面収差測定装置。
8. 前記第２の照明系は、前記第２の波長の前記コヒーレント光を前記干渉計に入射させるための集光レンズとピンポールとを設けた照明筒を備え、
   前記調整光学系は、第１のミラーと第２のミラーとを有し、前記第１と前記第２のミラーとのそれぞれの移動により前記照明筒に入射する前記第２の波長の前記コヒーレント光の角度と位置を調整することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の波面収差測定装置。

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